86
СЕТИ РОССИИ
ЗА
РУБЕЖОМ
86
Cmарт грид
П
рименение
новых
техно
-
логий
предполагает
ка
-
чественно
новый
подход
к
организации
управле
-
ния
энергосистемой
.
Во
-
первых
,
в
самой
энергосистеме
создаются
предпосылки
для
широкого
вне
-
дрения
основного
оборудования
,
повышающего
маневренность
и
управляемость
сети
:
гибких
связей
,
передач
и
вставок
постоянного
тока
,
накопителей
энергии
,
РПН
и
т
.
п
.
Во
-
вторых
,
для
управления
сетью
создается
высокопроизводительная
информационная
инфраструктура
,
позволяющая
в
реальном
масштабе
времени
выдавать
ситуационную
информацию
операторам
сети
,
давая
возможность
тем
самым
им
предпринимать
упреждающие
дей
-
ствия
по
восстановлению
нормаль
-
ных
условий
.
При
создании
интеллектуальных
сетей
осуществляются
новые
под
-
ходы
:
переход
к
новой
сети
произ
-
водится
снизу
(
постепенный
переход
от
автоматизации
и
модернизации
отдельных
подстанций
и
мелких
энер
-
гообъектов
к
управлению
всей
энергосистемой
)
и
широко
—
сразу
в
неограниченном
количестве
мест
крупного
энергообъединения
,
при
-
чем
внедрение
средств
автоматиза
-
ции
и
нового
энергетического
обо
-
рудования
производится
в
условиях
,
когда
старое
оборудование
может
оставаться
в
эксплуатации
вплоть
до
полного
исчерпания
своих
ресурсов
.
Для
обеспечения
возможности
тако
-
го
развития
энергосистем
первый
этап
создания
интеллектуальной
сети
заключается
в
разработке
системы
стандартов
,
интерфейсов
и
типовых
структур
,
которые
позволили
бы
энергосистеме
постепенно
разви
-
ваться
в
одном
заданном
направле
-
нии
—
использовании
более
гибких
инструментов
управления
энерге
-
тическим
режимом
и
создании
ско
-
ростной
инфраструктуры
управления
информационными
потоками
.
В
настоящее
время
проекты
смарт
-
сетей
разрабатываются
в
Европе
(VLPGO),
США
—
проект
Intelligrid-
сеть
, EPRI.
В
Азии
также
осуществля
-
ются
различные
проекты
развития
национальных
сетей
Японии
,
Индии
и
Китая
с
учетом
принципов
смарт
-
сети
.
ОСНОВНЫЕ
ПОЛОЖЕНИЯ
КОНЦЕПЦИИ
SMART GRIDS
Умная
энергосистема
—
это
элек
-
трическая
сеть
,
объединяющая
всех
пользователей
,
связанных
с
ней
, —
генерацию
,
потребителей
и
тех
,
которые
являются
и
генерацией
и
потребителем
,
для
обеспечения
надежного
,
эффективного
и
эконо
-
мичного
энергоснабжения
.
Умная
энергосистема
использует
инновационные
продукты
и
услуги
,
такие
,
как
интеллектуальный
конт
-
роль
,
управление
,
передача
инфор
-
мации
и
самовосстановление
для
обеспечения
подключения
гене
-
рации
всех
объемов
и
технологий
,
предоставления
возможности
потре
-
бителям
участвовать
в
оптимизации
работы
энергосистемы
,
обеспече
-
ния
потребителей
большей
инфор
-
мацией
об
их
энергоснабжении
,
Перспективы
Татьяна ГОРЕЛИК,
заведующая отделом АСУ ТП
,
к.т.н.,
Олег КИРИЕНКО,
инженер
,
ОАО «НИИПТ»
Сегодня за рубежом большое внимание уделяется
современным решениям по созданию энергообъеди-
нений, интегрированных с новыми информационны-
ми технологиями. Такие объединения носят название
«умные сети» — Smart grids или интеллектуальные
сети — Intelligrids.
87
№ 1, июль-август, 2010
значительного
уменьшения
воз
-
действия
на
окружающую
среду
,
обеспечения
повышенных
уровней
надежности
и
безопасности
энергос
-
набжения
.
В
докладе
Modern Grid Initiative
report
департамента
United States
Department of Energy’s
говорится
о
том
,
что
современная
smart grid
должна
обладать
следующими
функ
-
циями
,
представленными
в
таблице
.
ЦИФРОВАЯ
ПОДСТАНЦИЯ
Комитет
МЭК
TC57
создал
семей
-
ство
международных
стандартов
,
которые
могут
использоваться
как
часть
Smart grids.
Эти
стандарты
включают
МЭК
61850,
определя
-
ющий
стандарты
по
автоматизации
подстанции
,
и
МЭК
61970/61968 —
общая
информационная
модель
(CIM). CIM
предусматривает
общую
семантику
,
которая
будет
использо
-
ваться
для
того
,
чтобы
превратить
данные
в
информацию
.
Также
IEEE
был
разработан
стандарт
,
поддержи
-
вающий
работу
устройств
монито
-
ринга
переходных
режимов
PMU, —
C37.118.
За
последнее
десятилетие
резко
возросло
использование
«
цифровых
»
данных
.
Распределительные
подстан
-
ции
,
электростанции
,
промышлен
-
ные
,
коммерческие
и
даже
бытовые
потребители
выражают
различные
аспекты
своей
жизнедеятельности
в
цифровом
виде
.
Возникла
необ
-
ходимость
новой
информационной
модели
коммуникации
для
управле
-
ния
большим
количеством
устройств
и
связи
различных
устройств
друг
с
другом
.
Стандарт
МЭК
61850 —
это
результат
многолетней
работы
электроэнергетических
компаний
и
поставщиков
оборудования
по
созда
-
нию
унифицированных
систем
связи
.
Сегодня
стандарт
МЭК
61850
отвечает
на
большинство
вопросов
,
которые
возникают
в
связи
с
цифро
-
выми
преобразованиями
,
а
именно
стандартизация
имен
данных
,
соз
-
дание
полного
набора
служб
,
реа
-
лизация
стандартных
протоколов
и
технических
средств
и
определение
шины
процесса
.
Стандарт
отражает
развития «умных сетей»
функциональную
совместимость
оборудования
от
разных
производи
-
телей
с
установленными
процессами
сертификации
на
соответствие
.
Стан
-
дарт
МЭК
61850
становится
пред
-
почтительным
,
потому
что
сетевые
компании
всего
мира
переходят
к
решениям
на
основе
вычислитель
-
ных
сетей
для
подстанций
.
С
момента
выхода
стандарта
МЭК
61850
прошло
5
лет
.
На
его
базе
за
это
время
было
выполнено
много
проектов
цифровых
подстанций
в
разных
странах
мира
,
однако
потен
-
циал
стандарта
до
сих
пор
до
конца
не
раскрыт
.
Наибольшие
успехи
достигну
-
ты
сегодня
в
области
интеграции
устройств
в
системы
АСУ
ТП
,
а
также
обмене
GOOSE
сообщениями
.
Одна
-
ко
использование
стандарта
просто
как
протокола
обмена
данными
с
устройствами
далеко
не
исчерпывает
его
потенциальные
возможности
.
Основным
нововведением
МЭК
61850
является
модель
данных
,
принятая
в
стандарте
,
которая
по
охватываемым
функциям
не
имеет
аналогов
в
других
стандартах
МЭК
.
Именно
структурность
МЭК
61850
и
выделяет
стандарт
.
Новым
в
этом
стандарте
является
попытка
создать
язык
формального
описания
подстан
-
ции
— SCL.
Эта
часть
стандарта
подни
-
мает
его
с
нижнего
уровня
работы
с
устройствами
на
уровень
энергетиче
-
ского
объекта
и
позволяет
по
-
новому
взглянуть
на
способы
проектирова
-
ния
объекта
.
К
сожалению
,
многие
возможности
стандарта
,
например
,
такие
,
как
создание
спецификации
подстанции
,
пока
еще
не
востребо
-
ваны
.
Однако
именно
за
этими
воз
-
можностями
будущее
.
Спецификация
подстанции
задает
ее
структуру
с
точностью
до
каждого
электрического
соединения
и
логической
функции
,
что
позволяет
использовать
ее
для
создания
однолинейных
схем
,
рас
-
четных
задач
,
моделирования
,
авто
-
матизированного
проектирования
и
конфигурирования
и
т
.
д
.
Таблица
.
Сравнение
основных
функций
традиционных
сетей
и
Smart grids
Сеть
сегодня
Smart grids (
перспектива
)
Односторонняя
коммуникация
Двусторонние
коммуникации
Централизованная
генерация
Распределенная
генерация
В
основном
радиальная
структура
В
основном
сеточная
структура
Реакция
на
аварию
Реакция
в
темпе
процесса
Работа
оборудования
до
отказа
Самомониторинг
и
самодиагностика
,
продлевающая
жизнь
оборудованию
Ручное
восстановление
Автоматическое
восстановление
–
«
самолечащиеся
сети
»
Подверженность
системным
авариям
Адаптивная
защита
и
автоматика
деления
сети
Ручное
и
фиксированное
выделение
сети
Адаптивное
выделение
Проверка
оборудования
по
месту
Удаленный
мониторинг
оборудования
Ограниченный
контроль
перетоков
Управление
перетоками
Недоступная
или
сильно
запоздавшая
информация
о
цене
для
потребителя
Цена
в
реальном
времени
Ключевые
технологии
Smart grids
88
ЗА РУБЕЖОМ
Зарубежный
опыт
внедрения
систем
на
базе
стандарта
МЭК
61850
показывает
,
что
на
современном
этапе
необходимо
повышенное
вни
-
мание
к
вопросам
надежности
всего
цифрового
комплекса
устройств
подстанции
.
Для
этого
они
должны
проходить
вначале
тестирование
на
функциональное
соответствие
стан
-
дарту
.
Помимо
разовых
сертификаци
-
онных
испытаний
.
должны
быть
орга
-
низованы
длительные
испытания
на
надежность
,
которые
наиболее
целе
-
сообразно
проводить
в
полной
схеме
действующей
подстанции
в
реальных
эксплуатационных
условиях
.
Этим
испытаниям
должны
подвергаться
в
первую
очередь
цифровые
источники
информации
.
Для
решения
этих
задач
целесообразно
,
по
опыту
США
,
созда
-
ние
пилотной
цифровой
подстанции
,
оборудованной
полным
комплектом
цифровых
измерительных
устройств
и
микропроцессорных
устройств
защи
-
ты
,
регулирования
и
измерений
.
WAMS (WIDE AREA
MEASUREMENT SYSTEM)
Одним
из
приоритетов
техноло
-
гического
развития
крупнейших
энергосистем
мира
является
соз
-
дание
и
внедрение
в
практику
их
эксплуатации
систем
мониторинга
переходных
режимов
(
СМПР
),
полу
-
чивших
за
рубежом
название
Wide
Area Measurement Systems (WAMS).
Эти
системы
используются
для
повы
-
шения
уровня
информационного
обеспечения
и
качества
управления
режимами
энергообъединений
.
Осо
-
бенностью
СМПР
является
высоко
-
точная
временная
синхронизация
измерений
параметров
режимов
с
использованием
передаваемых
со
спутников
сигналов
точного
времени
и
высокая
дискретность
регистра
-
ции
параметров
,
что
и
определяет
широкий
спектр
их
применения
.
Наибольший
эффект
СМПР
дают
при
анализе
причин
и
последствий
техно
-
логических
нарушений
и
системных
аварий
,
при
верификации
дина
-
мических
моделей
ЭЭС
,
при
оце
-
нивании
состояний
режимов
ЭЭС
,
визуализации
текущего
состояния
режима
и
решении
задач
информа
-
ционного
обеспечения
оперативно
-
диспетчерского
управления
.
В
настоящее
время
в
ЭЭС
США
установлено
более
200 PMU,
и
в
ближайшие
5
лет
количество
уста
-
новленных
регистраторов
дос
-
тигнет
500
единиц
.
Разработка
принци
-
пов
мониторинга
и
управления
режимами
энергообъединений
США
осуществляется
в
рамках
двух
научно
-
исследовательских
проектов
Системными
операторами
при
уча
-
стии
ряда
университетов
с
целью
повышения
уровня
информаци
-
онного
обеспечения
управления
ЭЭС
в
зависимости
от
результатов
мониторинга
.
Работы
проводятся
по
направлениям
:
•
повышение
качества
оценки
состояния
;
•
оптимизация
размещения
источ
-
ников
реактивной
мощности
;
•
визуализация
;
•
предотвращение
,
идентификация
и
смягчение
последствий
каскад
-
ных
аварий
;
•
оценка
параметров
низкочастот
-
ных
колебаний
;
•
оценка
уровней
устойчивости
по
напряжению
;
•
оценка
динамических
моделей
.
Система
распределенного
мони
-
торинга
параметров
режимов
в
ЭЭС
Западной
Европы
начала
создавать
-
ся
в
середине
90-
х
годов
,
и
в
настоя
-
щее
время
в
UCTE
установлено
и
интегрировано
в
WAMS
свыше
50
регистраторов
.
Большая
работа
по
созданию
и
развитию
WAMS
ведется
в
ЭЭС
Китая
,
Бразилии
,
Мексики
,
Кореи
,
Японии
,
Индии
.
СМПР
ЕЭС
/
ОЭС
России
состоит
из
регистрирующих
приборов
,
систем
обмена
информацией
между
кон
-
центраторами
данных
и
центрами
управления
,
а
также
средств
обра
-
ботки
полученной
информации
.
Регистраторы
установлены
в
круп
-
ных
энергоузлах
,
на
межсистемных
связях
,
электростанциях
вторичного
регулирования
.
В
2008
г
.
в
ОДУ
Ура
-
ла
введена
в
опытную
эксплуатацию
Система
мониторинга
запасов
устой
-
чивости
северных
районов
Тюмен
-
ской
области
(
СМЗУ
СРТО
).
ГИБКИЕ
СВЯЗИ
ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
Новые
решения
в
области
сверх
-
проводимости
,
хранения
,
силовой
электроники
и
компонентов
диагно
-
стики
изменяют
фундаментальные
способности
и
особенности
сетей
.
Технологии
в
пределах
данной
категории
включают
гибкие
пере
-
дачи
переменного
тока
FACTS
(Flexible Alternating Current Trans-
mission),
постоянный
ток
высокого
напряжения
,
кабель
сверхпроводи
-
мости
высокой
температуры
,
полу
-
проводники
,
силовую
электронику
.
В
процессе
развития
мировой
энергетики
возникли
новые
пробле
-
мы
,
связанные
с
потребностью
уве
-
личения
управляемости
энергообъе
-
динений
.
Повышения
управляемости
требуют
децентрализация
управле
-
ния
,
введение
дерегулирования
(
осо
-
бенно
интенсивно
внедряемое
за
рубежом
),
недостаточная
пропуск
-
ная
способность
межсистемных
и
системообразующих
линий
электро
-
передачи
(
характерная
для
России
),
недостаточный
объем
устройств
регу
-
лирования
напряжения
и
реактивной
мощности
,
неоптимальное
распреде
-
ление
потоков
мощности
по
парал
-
лельным
линиям
электропередачи
разного
класса
напряжения
и
т
.
д
.
В
связи
с
внедрением
технологий
Smart grids
было
предложено
исполь
-
зовать
в
энергетике
новые
способы
управления
,
получившие
общее
название
«
гибкие
связи
переменного
тока
» (Flexible AC Transmission Sys-
tem FACTS).
В
настоящее
время
под
устройствами
FACTS
понимается
вся
совокупность
устройств
,
устанавлива
-
емых
в
электрической
сети
и
предна
-
значенных
для
стабилизации
напря
-
жения
,
повышения
управляемости
,
оптимизации
потокораспределения
,
снижения
потерь
,
демпфирования
низкочастотных
колебаний
,
повы
-
шения
статической
и
динамической
устойчивости
,
оптимизации
потокора
-
спределения
,
а
в
итоге
—
повышения
пропускной
способности
сети
и
сни
-
жения
потерь
.
Применение
гибких
связей
позво
-
ляет
осуществить
полную
управляе
-
мость
отдельных
связей
и
сечений
ЕНЭС
и
обеспечить
несинхронное
объединение
энергосистем
с
целью
:
•
повышения
живучести
энерго
-
объединения
;
•
обеспечения
независимого
от
внешних
условий
управления
перетоком
мощности
во
всем
диапазоне
,
ограниченном
лишь
установленной
мощностью
уст
-
ройства
;
•
обеспечения
возможности
объ
-
единения
сколь
угодно
мощных
энергосистем
электрической
свя
-
зью
с
ограниченной
пропускной
способностью
;
•
обеспечения
возможности
между
-
народного
объединения
нацио
-
нальных
энергосистем
с
раз
-
89
№ 1, июль-август, 2010
личными
характеристиками
сис
-
тем
регулирования
частоты
и
мощ
-
ности
,
в
том
числе
и
с
разными
стандартами
частоты
,
с
различной
организацией
диспетчерского
уп
-
равления
,
с
разными
системами
защиты
и
противоаварийной
ав
-
томатики
и
рядом
других
особен
-
ностей
.
Широкое
применение
FACTS
поз
-
воляет
существенно
изменить
и
улучшить
свойства
магистральной
сети
,
приближая
ее
характеристики
к
требуемым
для
Smart grids.
РАЗВИТИЕ
ФУНКЦИЙ
ИЗМЕРЕНИЙ
,
ЗАЩИТЫ
И
АВТОМАТИКИ
Основное
назначение
систем
измерения
нового
поколения
—
обеспечение
стабильности
сети
,
контроль
состояния
оборудования
,
предотвращение
хищения
энергии
и
поддержка
стратегий
управления
.
Технологии
включают
передовые
микропроцессорные
счетчики
(Smart
счетчики
)
и
оборудование
для
чтения
данных
с
них
,
системы
мониторинга
широкой
области
,
динамическую
оценку
параметров
линии
,
оценива
-
ние
состояния
в
реальном
времени
и
цифровые
реле
.
Предотвращение
и
ограничение
опасных
возмущений
в
энергосисте
-
ме
с
целью
обеспечения
ее
живуче
-
сти
требует
реализации
следующих
условий
:
выявление
в
темпе
процесса
возникающих
нештатных
и
аварий
-
ных
ситуаций
,
перераспределение
ресурсов
для
минимизации
опасных
последствий
,
координированная
ре
-
акция
на
возмущения
,
минимизация
потерь
от
аварии
и
времени
восста
-
новления
работоспособности
сети
.
Усовершенствование
систем
кон
-
троля
и
управления
особенно
важно
после
системных
аварий
последних
лет
,
нанесших
разным
странам
убыт
-
ки
в
миллиарды
долларов
.
Основа
управляющей
системы
—
информационная
сеть
с
распре
-
деленными
средствами
контроля
,
анализа
и
управления
.
Такая
систе
-
ма
с
интеллектуальными
звеньями
позволяет
иметь
большую
точность
,
избирательность
решений
и
ско
-
рость
действия
,
чем
это
может
реа
-
лизовать
оператор
.
Для
задач
верх
-
него
уровня
,
как
правило
,
требуются
более
общие
исходные
данные
,
для
нижнего
уровня
—
более
локальные
.
Для
медленных
циклов
,
более
2
с
,
требуется
значительный
объем
вычислений
большего
объема
дан
-
ных
—
координированный
контроль
,
оптимизация
режимов
,
выбор
стра
-
тегии
управления
.
Для
этих
циклов
характерен
более
высокий
уровень
интеллектуальной
обработки
.
Для
быстрых
циклов
необходима
быстро
-
та
реакции
на
местах
,
подстанциях
и
станциях
.
Непосредственная
прибыль
от
вне
-
дрения
подобных
систем
—
сниже
-
ние
перерывов
в
энергоснабжении
и
расширение
оперативных
возмож
-
ностей
по
управлению
режимом
.
Внедрение
технологий
«
самовос
-
станавливающейся
»
сети
позволит
,
в
частности
,
отложить
ее
расширение
в
условиях
бюджетных
ограничений
.
ЗАМКНУТЫЕ
СЕТИ
, «
МИКРОСЕТИ
»,
DSM (Demand Side Management) —
УПРАВЛЕНИЕ
СО
СТОРОНЫ
НАГРУЗКИ
, ON-LINE
СЕРВИСЫ
В
будущем
работа
системы
будет
разделена
между
централизован
-
ными
и
распределенными
генери
-
рующими
мощностями
.
Управление
распределенными
генераторами
мо
-
жет
быть
собрано
в
единое
целое
,
образовывая
микросети
(microgrid)
или
виртуальные
электростанции
,
интегрированные
как
в
сеть
,
так
и
в
рынок
.
Это
повысит
роль
потребителя
в
управлении
энергосистемой
.
Как
централизованная
сеть
,
микросеть
может
генерировать
,
распределять
и
регулировать
поток
электричества
потребителям
.
Микросети
могут
быть
связаны
друг
другом
и
с
большой
сетью
,
которая
позволит
им
поддер
-
живать
друг
друга
—
и
поддерживать
центральную
сеть
в
случае
увеличе
-
ния
потребности
в
электроэнергии
.
Умные
микросети
позволяют
полу
-
чать
электроэнергию
от
возобновля
-
емых
источников
энергии
.
Поскольку
микросети
включают
локальные
источники
резервного
питания
и
аккумулирования
энергии
,
они
уве
-
личивают
гибкость
,
для
подключения
более
широкого
диапазона
источни
-
ков
энергии
,
включая
те
,
интеграция
которых
представляет
собой
пробле
-
му
для
централизованной
системы
,
такие
,
как
ветровые
и
солнечные
.
SMART GRID
ЗА
РУБЕЖОМ
Во
всех
проектах
Smart grids
учитываются
географические
раз
-
личия
в
энергетических
приоритетах
.
Быстрее
всего
возникают
проблемы
в
энергетических
отраслях
тех
стран
,
где
расширение
генерирующих
мощностей
происходит
наиболее
высокими
темпами
:
в
Китае
,
Индии
и
других
развивающихся
странах
.
Разумеется
,
есть
свои
трудности
и
в
развитых
индустриальных
странах
,
поскольку
Европа
и
Северная
Амери
-
ка
остро
заинтересованы
в
создании
альтернативных
источников
энергии
и
изучают
возможности
использова
-
ния
энергии
океана
,
ветра
и
солнца
.
По
мнению
многих
аналитиков
,
сле
-
дующие
20
лет
станут
эпохой
массо
-
вого
внедрения
интеллектуальных
сетей
.
Помимо
стремительного
раз
-
вития
технологий
,
есть
и
ряд
других
факторов
,
подталкивающих
рынок
именно
в
этом
направлении
.
По
оцен
-
кам
ElectroPower Research Institute,
ближайшие
два
десятка
лет
только
в
США
на
реализацию
проектов
Smart
grids
будет
истрачено
около
160
млрд
долл
.,
а
в
мире
суммарные
инвести
-
ции
в
эту
сферу
превысят
500
милли
-
ардов
.
В
первую
очередь
внедрение
интеллектуальных
сетей
будет
про
-
исходить
в
таких
странах
.
как
США
,
Индия
,
Китай
и
Япония
.
(
Продолжение
в
№
2,
сентябрь
-
октябрь
, 2010)
Оригинал статьи: Перспективы развития «умных сетей»
Сегодня за рубежом большое внимание уделяется современным решениям по созданию энергообъединений, интегрированных с новыми информационными технологиями. Такие объединения носят название «умные сети» — Smart grids или интеллектуальные сети — Intelligrids.
